美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。如图所示为

美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。如图所示为

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美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。如图所示为改进后的回旋加速器的示意图,其中距离很小的盒缝间的加速电场的场强大小恒定,且被限制在A、C板间,带电粒子从P0处静止释放,并沿电场线方向进入加速电场,经加速后进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对于这种回旋加速器,下列说法正确的是

A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.P1P2=P2P3
C.粒子能达到的最大速度与D形盒的尺寸无关
D.加速电场的方向需要做周期性的变化
答案
A
解析

试题分析:据题意,由于加速电场只在实线部分有,则带电粒子运动一周,经过加速电场一次,故应该被加速一次,选项A正确而D选项错误;据图有:,由于带电粒子经过加速电场时有:,经过处理得到:,即,同理有:,故B选项错误;据可知,带电粒子的最大速度有D形盒半径决定,故C选项错误。
举一反三
图甲是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个“D”形金属盒,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源两极相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列说法正确的是

A.在Ek—t图中应有(t2-t1)>(t3-t2)>(t4-t3)>……(tn-tn-1
B.高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1
C.要使粒子获得的最大动能增大,可以增大“D”形盒的半径
D.在磁感应强度B、“D”形盒半径R、粒子的质量m及其电荷量q不变的情况下,粒子的加速次数越多,粒子的最大动能一定越大
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关于物理原理在技术上的应用,下列说法中正确的是(  )
A.利用回旋加速器加速粒子时,通过增大半径,可以使粒子的速度超过光速
B.激光全息照相是利用了激光相干性好的特性
C.用双缝干涉测光波的波长时,若减小双缝间的距离,则同种光波的相邻明条纹间距将减小
D.摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性

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(8分)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示.离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零),经加速电场(加速电场极板间的距离为d、电势差为U)加速,然后垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动,最后到达记录它的照相底片P上.设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x。

(1)求该离子的荷质比
(2)若离子源产生的是带电量为q、质量为m1和m2的同位素离子(m1>m2),它们分别到达照相底片上的P1、P2位置(图中末画出),求P1、P2间的距离△x。
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如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(    )
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小

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回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q ,在加速器中被加速,设粒子初速度为零,加速电压为U ,加速过程中不考虑重力作用和相对论效应。下列说法正确的是
A.粒子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,盒中相邻轨道的半径之差减小
B.粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为
C.粒子能获得的最大动能跟加速器磁感应强度无关
D.加速电压越大粒子能获得的最大动能越大

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